Fotometria: Què és?
La fotometria és la ciència que mesura la llum en termes de la seva brillantor percepida pel ull humà. És diferent de radiometria, que mesura l'energia radiativa (incloent la llum) en termes de potència absoluta. La fotometria només considera el rang visible de longituds d'ona (llum) que poden estimular el ull humà.
El ull humà pot detectar radiació amb una longitud d'ona entre 370 nm i 780 nm. Aquest rang s'anomena espectre visible o simplement llum. La radiació amb una longitud d'ona més curta que la llum s'anomena radiació ultraviolada, i la radiació amb una longitud d'ona més llarga que la llum s'anomena radiació infraroja. La fotometria no inclou la radiació ultraviolada ni la infraroja.
La fotometria es basa en la resposta del ull a la llum com a funció de la longitud d'ona. El ull no és igualment sensible a totes les longituds d'ona de la llum. És més sensible a la llum verd i menys sensible a la llum vermella i violeta. El ull també s'adapta a diferents nivells de brillantor. Té dos modes de visió: la visió fotòpica i la visió escotòpica.
La visió fotòpica és la resposta del ull en nivells alts de brillantor, com durant el dia o sota il·luminació artificial. La visió fotòpica pot distingir colors i detalls. La visió escotòpica és la resposta del ull en nivells baixos de brillantor, com durant la nit o sota la llum de les estrelles. La visió escotòpica no pot discernir colors i té una resolució baixa. Hi ha també una zona de transició entre la visió fotòpica i la escotòpica anomenada visió mesòpica.
La fotometria utilitza models estandaritzats de la resposta del ull a la llum a diferents longituds d'ona i nivells de brillantor. Aquests models s'anomenen funcions de luminositat. Es fan servir per pesar la potència radiativa a cada longitud d'ona mitjançant un factor que representa la sensibilitat del ull a aquella longitud d'ona. La funció de sensitivitat més comuna és la funció de sensitivitat fotòpica, que modela la resposta del ull en condicions fotòpiques. Altres funcions de sensitivitat inclouen la funció de sensitivitat escotòpica i la funció de sensitivitat mesòpica.
La fotometria té moltes aplicacions en diversos camps de la ciència, l'enginyeria i l'art. S'utilitza per mesurar i caracteritzar la brillantor, el color i la qualitat de les fonts de llum, materials i objectes. També s'utilitza per estudiar els efectes de la llum en la salut, el comportament i la percepció humana.
En aquest article, explorarem alguns dels tipus, principis, aplicacions i funcionament de la fotometria amb més detall. També discutirem alguns dels instruments i unitats utilitzats per a les mesures fotomètriques.
Què és la fotometria de fibra?
La fotometria de fibra és una tècnica utilitzada en neurociència per registrar l'activitat neuronal en animals vius. Utilitza fibres òptiques per portar llum d'excitació a neurones que expressen indicadors fluorescent i recollir la fluorescència emesa d'elles.
Els indicadors fluorescents són molècules que canvien les seves propietats fluorescències en resposta a canvis en certs paràmetres biològics, com la concentració de càlci, voltatge, neurotransmissors, etc. Fent servir indicadors fluorescents codificats genèticament (GEFIs), com els GCaMPs, és possible dirigir-se a tipus específics de neurones o regions cerebrals per a la gravació òptica.
La fotometria de fibra permet monitorar l'activitat mitjana de grans poblacions de neurones a lo llarg del temps. Es pot utilitzar per correlacionar l'activitat neuronal amb esdeveniments conductuals o estímuls en animals en moviment lliure. La fotometria de fibra té avantatges sobre altres tècniques de gravació òptica, com la microscòpia de dos fòtons o la imatge de càlci, en termes de simplicitat, eficiència en costos, portabilitat i escalabilitat.
No obstant això, la fotometria de fibra també té algunes limitacions, com una resolució espacial baixa, contaminació del senyal per fluorescència de fons o artefacts de moviment, i potencial dany o inflamació del teixit degut a la implantació de fibres.
Què és la fotometria de flama?
La fotometria de flama és una tècnica utilitzada per a l'anàlisi química per determinar la concentració de certes ions metàl·liques en una mostra. També se la coneix com a espectroscòpia d'emissió de flama o espectroscòpia d'emissió atòmica de flama.
La fotometria de flama funciona segons el principi que algunes ions metàl·liques emeten longituds d'ona característiques de llum quan són escalfades en una flama. La intensitat de la llum emesa és proporcional a la concentració de les ions metàl·liques en la mostra.
La fotometria de flama s'utilitza principalment per als metalls alcalins (grup 1) i els metalls alcalinoterrosos (grup 2), com el sodi, el potassi, el càlci, el liti, etc. Aquests metalls tenen energies d'ionització baixes i es poden excitar fàcilment per l'energia tèrmica d'una flama.
Per realitzar la fotometria de flama, una solució de mostra que conté les ions metàl·liques es pulveritza en una flama (normalment una flama d'aire-acetil·len). La flama vaporitza i atomitza la mostra en els seus elements constituents. Algunes d'aquestes àtoms s'exciten a nivells d'energia més alts absorbint energia tèrmica de la flama. Aquests àtoms excitats finalment tornen al seu estat fonamental emetent fotons de llum amb longituds d'ona específiques corresponents a les seves transicions d'energia.
La llum emesa es recull llavors per un sistema de lents i passa a través d'un monòcromator (un dispositiu que selecciona un rang estret de longituds d'ona). El monòcromator permet que només arribi al detector (normalment un tub fotomultiplicador o un fotodiod) la longitud d'ona desitjada de llum corresponent a la ion metàl·lica d'interès. El detector converteix el senyal de llum en un senyal elèctric que es pot mesurar amb un metre o un registre.
La concentració de la ion metàl·lica en la mostra es pot calcular comparant la intensitat de la llum emesa amb una corba estàndard obtinguda de concentracions conegudes de la mateixa ion metàl·lica.
Què és la fotometria de reflectància?
Reflectància fotometria és una tècnica utilitzada per mesurar el color o reflectància de superfícies o objectes. Funciona segons el principi que diferents superfícies reflecteixen diferents quantitats i longituds d'ona de llum depenent de les seves característiques físiques i químiques.
La fotometria de reflectància utilitza una font de llum (normalment llum blanca) per il·luminar una superfície o un objecte a un cert angle. La llum reflectida de la superfície o l'objecte es mesura llavors per un detector (normalment un espectrofotòmetre o un colorímetre) a un altre angle.
El detector analitza l'espectre o la intensitat de la llum reflectida a diferents longituds d'ona i la compara amb un estàndard de referència (normalment una superfície blanca). El color o les propietats de reflectància de la superfície o l'objecte es poden expressar mitjançant diversos paràmetres, com la tonalitat (longitud d'ona dominant), la saturació (puretat), la brillantor (luminància), les coordenades cromàtiques (x, y, z), l'índex de color (CIE Lab*), etc.
La fotometria de reflectància es pot utilitzar per diversos propòsits, com el control de qualitat, la combinació de colors, la identificació de colors, la comunicació de colors, etc. Es pot aplicar a diversos materials i objectes, com pintures, tèxtils, plàstics, metalls i ceràmiques.
Quines són les magnituds i unitats fotomètriques?
Les magnituds fotomètriques es deriven de les magnituds radiomètriques aplicant la funció de luminositat com a factor de ponderació. La funció de luminositat representa la resposta relativa del ull humà a diferents longituds d'ona de llum. La funció de luminositat més comuna és la funció de sensitivitat fotòpica, que modela la resposta del ull en condicions brillants. Altres funcions de luminositat inclouen la funció de sensitivitat escotòpica, que modela la resposta del ull en condicions fosques, i la funció de sensitivitat mesòpica, que modela la resposta del ull en condicions intermèdies.
Quins són els instruments i mètodes fotomètrics?
Els instruments fotomètrics són dispositius que mesuren magnituds fotomètriques utilitzant diversos mètodes i principis. Alguns dels instruments i mètodes fotomètrics comuns són:
Fotòmetres: Els fotòmetres són dispositius que mesuren la brillantor relativa de fonts de llum o objectes comparant-los amb un estàndard de referència. Els fotòmetres es poden classificar en diferents tipus segons el seu disseny i aplicació, com els fotòmetres visuals, els fotòmetres fotoelèctrics, els fotòmetres de filtre, els espectrofotòmetres, etc.
Colorímetres: Els colorímetres són dispositius que mesuren el color de fonts de llum o objectes analitzant la seva composició espectral. Els colorímetres es poden classificar en diferents tipus segons el seu disseny i aplicació, com els colorímetres tristimulus, els cromàmetres, els espectroradiòmetres, etc.
Esferes integradores: Les esferes integradores són dispositius que mesuren el flux luminós total de fonts de llum o objectes encloent-los en una cavetat esfèrica amb una superfície interna altament reflectora. Les esferes integradores es poden utilitzar per diversos propòsits, com la calibració de fonts de
